技术 | 延长窑用耐火材料使用周期的措施
前言
回转窑系统耐火材料的稳定性，对整个生产系统来说至关重要，窑砖、浇筑料等耐火材料的频繁损坏，势必会造成频繁停窑，不仅影响熟料产量和质量，还会造成对窑、篦冷机等热工设备的严重损伤，同时其他部位的耐火材料时常处于急冷急热的状态中，也会加剧耐火材料的整体损伤程度，严重影响其使用寿命。因此，水泥企业采用正确的优化配置耐火材料方法和措施尤为关键。
某公司有一条5000t/d水泥生产线，配置Φ4.8m×74m回转窑。2011年底投产运行以来，通过公司工艺技术人员对不同耐火材料的性能指标及实际使用效果的不断摸索，逐步优化了水泥窑系统耐火材料的配置，有效延长了耐火材料寿命、降低了耐火材料的消耗，使公司连续几年窑年运转率达93％～96％、吨熟料单位耐火砖消耗逐年降低至0.15kg/t的水平，取得了较好的效果。
一、耐火材料优化调整的具体措施及方法
1.1 窑口浇注料(0～0.6m)
窑口浇注料的寿命不能以损坏窑口护铁为代价，每次更换此段浇注料时：
(1)必须详细检查窑口护铁螺栓是否有松动、窑口护铁外端面有无裂纹，如有则必须更换处理；
(2)必须对锚固件材质和焊条品种进行确认并确保符合要求，焊接间距为200×200mm，“八字形”交错焊接，锚固件或筒体需涂刷沥青的，必须待沥青干后方可进行浇注；
(3)按间距每500～600mm做一道膨胀缝处理。
1.2 配套窑口砖
砌筑在窑口浇注料后保护窑口浇注料的砖，一般是2～5行，此类砖属高强高耐磨性但荷重软化点低，不宜配置过长，否则一旦火焰调整不合适或液相出现，容易出现烧砖事故。该公司未设专项窑口砖，统一将原设计6m下过渡带调整为4m以内，砖品种也由镁铝尖晶石优化调整为电熔尖晶石，使用周期由6～8月提高到12～14个月，下步计划增加2行一级硅莫红或碳化硅砖，进一步增加窑口抗磨性。
1.3 烧成带
既是主窑皮区域，也即火焰稳定区域。窑皮除受原燃料和火焰控制的影响外，也同时受挂窑皮、砖配置长短的影响。根据燃烧器形成的火焰长短，我们经摸索按4.15～4.55倍窑径配置烧成带长度，煤质好时选下限，煤质差时选上限，将原设计26m烧成带优化调整为21m以内；砖品种也由镁铬砖优化调整为镁铁砖，确保使用1年以上。同时上下过渡带、烧成带前移2m，也意味着窑皮和高温区前移2m，有助煤粉燃烧，窑内有效容积增加。下步计划将下过渡带再缩短1m。
1.4 上下过渡带
上下两带耐火砖是回转窑受到损伤最复杂的地方，通常耐火材料寿命低于烧成带40％左右，原因是下过渡带处于前窑口和冷却带处，气体温度高达1400℃左右且波动较大，熟料的研磨和气流的冲刷非常严重，窑皮涨落频繁，造成耐火砖冷热剥落；而上过渡带处于固相反应带，此处物料温度为1000～1300℃，气体温度为1400～1600℃，是窑内气体温度最高点，窑衬直接暴露在高温环境下，造成高温损害，同时化学侵蚀也最严重，伴随K₂O，(SO₂，SO₃，)、KCl等挥发性组份直接对耐火砖表面侵蚀、渗入，使耐火材料热端逐渐变性、剥落、影响寿命。因此，要求上下过渡带窑衬抵抗气氛变化能力好、抗热震性好、导热系数要小、要耐磨。目前多数企业采用镁铝尖晶石砖(少数采用一级硅莫红或碳化硅砖)，但该砖不易挂窑皮或挂的不结实易掉，同时镁铝尖晶石砖导热系数偏中上，其寿命后期筒体温度可高达370～380℃，热耗高且对窑筒体热侵蚀严重，所以上下过渡带该砖宜短不宜长。公司对此进行多次调整，将原长6.0m下过渡带缩短至3.4m，将上过渡带12m缩短至8m，砖品种也由镁铝尖晶石砖调整为高强度、耐磨损、热振性更好的电熔尖晶石。
1.5 安全带及分解带
此两带原设计采用镁铝尖晶石砖和抗剥落性好的高铝砖，硅莫砖在性能上优于抗剥落性好的高铝砖，寿命比抗剥落的高铝砖约高出1倍。因此在项目初期就将此两带砖品种调整为AZM1680、AZM1650，使用效果较好。目前瑞泰推出了多层轻质复合型硅莫砖、雷法推出了低显气孑L轻质高强耐碱砖，都属于轻质保温砖，一方面可降低筒体温度50℃以上；另一方面砖比重相对下降，同面积砖总重下降，窑主电机运行电流会下降。
1.6 上轮带下方
原则上轮带下方不更换耐火砖品种，因为不同耐火砖导热系数不同，筒体温度不同，对轮带滑移量影响较大。
1.7 耐火材料施工
施工管控始终是耐火材料管理的难点和重点，因此，在耐火材料更换前必须确定详细的施工方案及技术要求，同时在施工中指派认真负责的人员进行现场监督，发现问题立即整改。耐火砖施工应严格按照《回转窑耐火材料施工管理要求》中的砌筑基本要求：砖衬紧贴壳体，砖与砖靠严，砖缝直，交圆准，锁砖牢，不错位，不下垂落空，做到横平竖直，不扭曲的基本要求；耐火浇注料施工质量必须保证锚固件焊接、加水量控制、膨胀缝留设三个环节规范，否则无法保证延长耐火材料使用周期的目标。
应用以上措施，5000t/d生产线中4.8m×74m回转窑逐步优化了系统耐火材料的配置，有效延长耐火材料寿命、降低了耐火材料的消耗，使公司连续几年窑年运转率达93％～96％，吨熟料单位耐火砖消耗逐年降低至0.15kg/t的水平，取得了较好的效果，回转窑耐火材料配置优化调整情况见表1。
表1 回转窑耐火材料配置优化调整情
二、结语
综上所述，水泥企业窑用耐火材料使用稳定性的关键在于掌握耐火材料的品质、施工质量的把握和工艺操作的维护，三者哪个环节失控都会影响其使用周期，因此，必须高度重视耐火材料选用、优化配置、施工及使用维护过程中的每个控制环节，需要建立详细的数据台账，对耐火材料使用情况进行数据分析，针对性的制定优化调整方案和操作措施，才能有效保证耐火材料使用周期。
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